桥梁混凝土的盐冻损伤与耐久性提升技术

严寒环境下冻融循环造成混凝土保护层开裂、剥落是影响混凝土结构服役寿命的主要因素。考虑除冰盐的作用,氯盐侵蚀与冻融耦合条件下混凝土的损伤将显著加剧,最终导致混凝土结构寿命低于设计值。主要介绍混凝土盐冻破坏机理,探讨混凝土盐冻损伤的影响因素,同时介绍了盐冻环境下境内外桥梁混凝土的耐久性提升措施,为盐冻环境下桥梁工程混凝土结构耐久性设计和寿命保障提供参考。     

松花江公路大桥结构混凝土耐久性试验

为掌握松花江公路大桥结构混凝土的性能退化规律,利用该桥主要构件实际施工时的材料及配合比制作了一批混凝土试件,进行耐久性试验。试验内容包括:混凝土碳化试验、冻融试验、冻融损伤影响下的氯离子渗透试验、碱骨料反应试验。试验结果表明:大桥主要构件混凝土抗压强度均达到了设计强度等级;混凝土碳化深度受混凝土强度影响较大且受冻融循环作用的影响较为明显;主桥桥墩和引桥桥墩的混凝土试件冻融损伤最为严重;与水冻破坏相比,除冰盐环境下混凝土的冻融破坏更加严重;冻融损伤对氯离子渗透影响显著;粗骨料存在潜在碱-硅酸反应危害。     

钢-UHPC组合桥面板湿接缝界面处理方式

针对钢-UHPC （Ultra-high Performance Concrete）组合桥面板湿接缝处混凝土界面人工凿毛困难的问题,提出环氧树脂处理和高压水枪凿毛等新型界面处理方式。为了检验采用涂刷环氧树脂、高压水枪凿除细骨料和高压水枪凿除粗骨料处理后湿接缝的抗裂性能,进行了UHPC湿接缝足尺模型的轴心受拉试验,并与不设湿接缝的桥面板进行试验对比。通过比较不同界面处理后的UHPC名义拉应力-应变曲线及UHPC名义拉应力-裂缝宽度曲线,分析了3种湿接缝的开裂荷载、裂缝分布,揭示了不同界面处理下的接缝受力机理。试验结果表明：3种界面处理方式的湿接缝破坏形式相同,均是首先在新旧混凝土交界面上出现初始裂缝,随着荷载增加裂缝逐渐发展至贯通,UHPC退出工作,最后钢材受拉屈服达到极限状态。界面采用环氧树脂处理、高压水枪凿除细骨料、高压水枪凿除粗骨料的试件开裂荷载分别为不设湿接缝试件的53.7%、92.2%、81.9%,高压水枪界面处理的湿接缝比起环氧树脂处理的湿接缝具有开裂晚、裂缝发展慢的特点,且高压水枪凿除细骨料比高压水枪凿除粗骨料的界面处理方式更优。通过试验证实了新旧混凝土交界面是桥面板的最薄弱位置,且2种高压水枪凿毛的界面处理方式均能够满足实桥荷载作用下桥面板的抗裂强度要求,在施工条件允许的情况下推荐使用高压水枪凿除细骨料的界面处理方式。     

氯离子在预应力混凝土结构中扩散过程的有限元分析

为指导氯离子侵蚀环境下预应力混凝土结构耐久性设计和寿命预测,基于Fick第二定律的混凝土中氯离子扩散方程与热传导方程的相似性,考虑物理或化学吸附、毛细吸收、预应力等多种机制和因素对氯离子在混凝土内传输的影响,对氯离子扩散系数进行了修正,采用ANSYS中热分析模块对氯离子在预应力混凝土结构中的扩散过程进行数值分析.通过与氯盐侵蚀环境混凝土中氯离子浓度试验值进行对比,证明该方法能有效预测氯盐侵蚀环境混凝土中氯离子浓度分布.采用该方法对现役近海预应力混凝土铁路桥梁氯盐侵蚀情况进行模拟,分析得出服役60年左右该预应力混凝土铁路桥梁达到结构耐久性极限状态.     

预制NC拼装梁粗骨料UHPC湿接缝抗弯性能研究

为了解预制普通混凝土(NC)拼装梁粗骨料U HPC湿接缝的抗弯性能及界面处理形式对其影响程度,进行抗弯试验及有限元分析.设计、制作3组不同界面处理形式(人工凿毛、预贴5 mm厚凿毛带、不作凿毛处理)的粗骨料U HPC湿接缝梁、1组人工凿毛普通混凝土湿接缝梁及1组整体梁进行抗弯试验,结合有限元分析结果,对比其破坏模式、抗...     

冻融损伤对表面防水混凝土渗透性影响研究

对表面防水混凝土和普通混凝土试件进行加速冻融循环试验,在不同循环次数下测定试件的水和氯离子渗透性,旨在研究冻融损伤对表面防水混凝土渗透性影响,为实际工程中表面防水混凝土的结构和耐久性设计提供理论依据。试验结果表明： 表面防水混凝土的水和氯离子渗透量均随着冻融循环次数的增加而增加,但是,对比普通混凝土试件,在相同的冻融循环次数下,表面防水混凝土仍具有较好的抗渗透性能,可以有效降低水和氯离子的侵入量;当冻融循环次数为100次时,水灰比为0.4的普通混凝土试件最大毛细吸水量和氯离子含量分别是表面防水混凝土试件的10.18倍和1.89倍。     

金塘大桥承台海工混凝土耐久性检测与寿命预测

通过对金塘大桥已建部分承台混凝土进行了保护层厚度、表面氯离子浓度和氯离子扩散系数等耐久性检测,并根据检测结果以Fick第二定律为基础的理论模型对混凝土结构抵抗氯离子侵蚀耐久寿命进行预测.此研究成果可为氯盐侵蚀环境下混凝土结构耐久性设计与评估提供参考.     

盐渍土地区道面混凝土盐冻侵蚀研究

为了研究盐渍土地区道面混凝土的盐冻侵蚀规律,对盐渍土地区机场道面典型的破坏状况进行了调查。发现典型破坏形态有强度损失、表面剥蚀、黑斑等,其原因是面层混凝土受到了盐的侵蚀。为了研究其破坏机理,在此基础上进行了盐冻试验。结果表明:在相同冻融循环次数作用下,随着硫酸盐浓度的提高,混凝土的强度和动弹模量下降速度加快;在相同硫酸盐浓度中,随着冻融循环次数增加,混凝土的破坏程度加深,冻融100次时,混凝土弯拉强度下降值和动弹模量下降值分别达到55%和60%,发生严重破坏;提高混凝土强度对道面混凝土耐盐冻作用改善不明显。因此不建议采用提高混凝土强度等高成本措施来实现混凝土道面板盐冻侵蚀防治,根据相关工程经验提出了设置隔断层的方法,以便于工程应用。     

多孔性基层混合料抗冻融耐久性试验方法

水泥稳定粒料等多孔性基层混合料在多年冻土等冻融循环频繁剧烈的地区应用时,设计中应重视抗冻融耐久性的试验评价,但目前尚无统一的试验方法。以多年冻土地区广泛使用的水泥稳定砂砾基层混合料为对象,通过控制试件湿度,模拟基层实际使用中的最不利湿度状况下的冻融循环试验,分析了冻融循环次数和试件湿度状况对基层混合料耐冻系数的影响。研究得出:模拟混合料使用最不利湿度状况进行冻融试验时,水泥稳定砂砾的耐冻系数随冻融循环次数的增加而不断减小,约8次循环后基本处于稳定状态;湿度对多孔性基层混合料的抗冻融耐久性评价结果有明显影响,不宜直接采用水泥混凝土的饱水冻融试验方法。结果表明:对于多孔性基层混合料的抗冻融耐久性评价,采用控制试件湿度模拟基层的最不利湿度状况进行冻融试验,以10次冻融循环时弯拉强度损失表示的耐冻系数作为评价指标,评价结果稳定,更符合实际使用情况。     

桥梁湿接缝施工工艺对混凝土界面黏结力的影响研究

为研究桥梁上部结构湿接缝凿毛施工工艺对混凝土界面黏结力的影响,模拟风镐凿毛法、高压水冲法和贴膜法3种不同工艺成型了3个强度等级的水泥混凝土试件,并对比分析了试件黏结面的粗糙外观、构造深度及不同强度等级下的抗弯拉强度。研究表明,黏结面是混凝土构件受力的薄弱位置,界面粗糙度越大,黏结力越大,但粗糙度并不是衡量界面黏结力的唯一标准,在具有一定粗糙度的同时,界面凹凸均匀性、更大的比表面积是较大黏结力的重要保障;高压水冲法、贴膜法的界面黏结力较大,风镐凿毛法较小。     

高抗氯离子渗透性能混凝土试验研究

氯离子侵蚀是氯盐污染环境下钢筋混凝土结构耐久性降低的一个主要原因，由氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀而导致结构耐久性失效甚至破坏的现象已经引起了人们的密切关注，如何提高混凝土结构抵抗氯离子侵蚀的能力是目前研究的一个热点。本文对不同水灰比以及掺加粉煤灰、硅灰的混凝土的渗透性进行了试验研究，为配制高抗氯离子侵蚀性能混凝土提供了试验依据。     

压应力作用下混凝土中氯离子侵蚀性能研究

为系统研究氯盐环境中压应力作用下混凝土的耐久性,设计了1组预应力混凝土构件,分别施加0%、10%、25%、50%、75%、90%混凝土抗压强度设计值的压应力。通过测量不同压应力水平试件的动弹性模量,得出了不同压应力水平下混凝土损伤度的变化规律;同时对压应力作用下混凝土中的氯离子侵蚀试验结果进行横向对比,提出用应力影响系数来反映压应力对氯离子侵蚀速率的影响程度;然后通过不同水平压应力作用下混凝土的力学损伤和应力影响系数变化规律的比较分析,给出了实用、完整的应力影响系数三段式计算方法,并建立了基于损伤变量的应力影响系数表达式。结果表明:不同水平压应力作用下混凝土应力影响系数与以动弹性模量表征的损伤度变化曲线都为二次抛物线,存在相同的压应力临界值,对于普通混凝土,其值约为立方体抗压强度标准值的25%,从简考虑,对水灰比在0.35~0.55的混凝土可取10 MPa;压应力作用导致的力学损伤是改变混凝土中氯离子侵蚀性能的直接原因,不同水平压应力作用下,应力影响系数与以动弹性模量表征的损伤变量能同步变化。     

寒区钢筋混凝土盐冻损伤机理及耐久性研究

通过归纳总结钢筋混凝土结构盐冻损伤的机理,分析讨论各研究理论的特点与不足,探究并进行了更符合实际工况的实验室损伤试验。从试验结果来看,氯盐可以大大的加速混凝土的剥蚀进程,但同时,一定浓度的氯离子又能够抑制混凝土动弹性模量的损失。合理应用氯盐型融雪材料,可以保证结构使用功能的同时又不影响结构的耐久性寿命。     

高寒地区桥面板水泥混凝土抗盐冻性能研究

针对新疆高寒地区桥面板水泥混凝土处于气候严寒和氯盐侵蚀的工作环境,设计桥面板混凝土配合比正交因素表以及混凝土盐冻、水耦合试验方案。通过混凝土盐冻后剥蚀量和动弹性模量损失,分析用水量、水胶比、引气剂掺量以及粉煤灰掺量对桥面板混凝土抗盐冻性能的影响规律。通过混凝土内部结构、力学性能以及耐磨性变化规律分析盐冻对混凝土的性能影响规律。结合性能损伤试验,分析桥面板混凝土抗盐冻性能改善机理,提出基于抗盐冻性能设计的桥面板混凝土配合比建议值。试验结果表明:用水量和引气剂掺量对桥面板混凝土的抗盐冻性能起决定性作用,方差分析值分别为92.80和59.35;用水量由144 kg/m~3增至156 kg/m~3,混凝土相对动弹模量减小了4.85%,剥蚀量由1.68 kg/m~2增至1.93 kg/m~2,增幅约14.8%;引气剂掺量从0.4‰增至1.2‰,混凝土的相对动弹模量增幅达到4.4%;混凝土盐冻剥蚀量与相对动弹模量呈线性关系,随着剥蚀量的增加相对动弹模量逐渐减低;经过300次冻融循环后,混凝土的抗弯拉强度损失率均超过17%,水胶比由0.34增至0.4,混凝土的抗弯拉强度损失率由21%增至33%;3种水胶比时,100次盐冻循环后混凝土的磨损量提高了6%,说明盐冻虽然能加快混凝土表面砂浆层剥蚀速度,但对混凝土剥蚀面以下砂浆层磨损不明显。     

荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究现状与发展

处于海洋环境下以及撒除冰盐环境中的钢筋混凝土结构,氯离子侵蚀是其钢筋锈蚀的最主要原因.根据对氯离子侵蚀的认识过程和荷载作用型式分三个层次对混凝土中氯离子侵蚀性研究现状进行了总结:混凝土中氯离子传输机理、静荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究和反复荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究.提出荷载作用下混凝土中氯离子传输机理研究和侵蚀模型具有重要的理论意义和应用价值,是氯盐环境中承受荷载作用的混凝土桥梁结构耐久性研究的重要发展方向.     

海洋环境中混凝土结构耐久性的设计与维护

氯离子侵蚀是造成海洋环境中混凝土结构耐久性问题的主要原因.从分析氯离子侵入混凝土并诱发钢筋锈蚀的过程和机理出发,指出提高海洋环境中混凝土结构的耐久性需要从增强混凝土结构的抗渗透能力、阻隔混凝土表面与侵蚀介质的接触以及提高钢筋抗锈蚀能力三方面入手,在此基础上归纳总结了提高混凝结构耐久性方法的理论基础和关键技术.此外,还介绍了受氯盐侵蚀的既有混凝土结构的治理方法.     

混凝土结构抗氯离子侵蚀试验研究及耐久寿命预测

通过试验对不同水胶比以及掺粉煤灰、硅灰的混凝土进行氯离子扩散系数测试,分析水胶比以及粉煤灰和硅灰等活性集料对混凝土结构抵抗氯离子侵蚀性能的影响。根据试验结果对混凝土结构抵抗氯离子侵蚀耐久寿命进行预测。此研究成果可为氯盐污染环境下混凝土配制及结构耐久性设计与评估提供参考。     

预制桥面板湿接缝的受力特性研究

为了对比研究不同界面处理方式后的预制桥面板高强韧性无收缩钢纤维混凝土湿接缝的受力特性,分别对采用直接浇筑、丙烯酸聚合底涂剂、人工凿毛、人工凿毛+丙烯酸聚合底涂剂四种界面处理方式后的预制桥面板湿接缝进行四点弯折试验,分析不同界面处理方式后截面的荷载-应变曲线。同时结合有限元模型,对预制桥面板的受力情况进行计算与分析。结果表明:采用人工凿毛和涂抹丙烯酸聚合底涂剂的截面处理方式能显著提高预制桥面板湿接缝混凝土的抗开裂性能;通过对有限元模型的计算分析可知,预制桥面板无论初始、极限荷载加载阶段,其湿接缝区域在Y方向的位移最小,X方向的应力均为最大。     

有机涂料对混凝土氯盐冻侵蚀的改善研究

在北方一些城市,由于冬季寒冷并且持续时间长,我国路面通常采用撒含氯融雪剂,冬季由于降雪量很大,并且冬季持续时间久,为了不影响城市交通,通常采取向地面、桥面撒氯盐除冰盐的措施以保证车辆以及人的安全行驶。但这些工程通常会伴随着氯盐破坏,氯盐结晶腐蚀,混凝土侵蚀剥落及钢筋锈蚀等破坏特征,使路面性能降低,混凝土耐久性降低,目前的技术主要是通过改变掺合料、水灰比、纤维用量、引气剂种类的不同来改善混凝土的抗氯盐冻性能,现研究提供一种有机涂料材料阻断混凝土氯盐侵蚀,从根本上改善混凝土的抗氯盐冻性能,以供同行参考。     

基于宏观性能及细观结构的多尺度道路混凝土抗盐冻性能研究

道路混凝土暴露于自然环境中受到冻融循环与除冰盐的共同作用,导致内部结构疏松、微裂纹扩展,最终造成道路混凝土宏观性能迅速衰减、耐久性劣化。为了从本质上研究道路混凝土盐冻劣化机理,对盐冻作用下的道路混凝土宏观性能衰减进行研究,采用压汞法及SEM对盐冻作用下的道路混凝土细观结构进行表征,从宏观性能及细观结构多尺度研究道路混凝土抗盐冻性能。试验结果表明:盐冻作用下道路混凝土相对动弹性模量不断减小、累积剥落量逐渐增加;与冻融单因素作用相比,盐冻作用下试件的劣化更严重,当冻融150次后盐冻下试件动弹性模量比冻融单因素时低11.4%(含气量4%)、6.3%(含气量6%),累积剥落量比冻融单因素作用时增长36.7%(含气量4%)、47.1%(含气量6%)。盐冻作用的结晶膨胀效应、渗透效应及温度梯度效应综合作用,造成道路混凝土临界孔径、最可几孔径及平均孔径减小,混凝土内部孔隙不断细化、孔隙连通性提高、渗透路径的曲折性降低;与冻融单因素作用相比,盐冻作用下的多害孔比例增加1.5倍(含气量2%)、0.6倍(含气量4%)、1.1倍(含气量6%)。